Zjawisko termoelektryczne

Podobne dokumenty
ZJAWISKA TERMOELEKTRYCZNE

Zapoznanie się ze zjawiskiem Seebecka i Peltiera. Zastosowanie elementu Peltiera do chłodzenia i zamiany energii cieplnej w energię elektryczną.

Ćwiczenie 2. Zjawiska cieplne w ogniwie Peltier a

teoretyczne podstawy działania

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

ZADANIE 28. Wyznaczanie przewodnictwa cieplnego miedzi

str. 1 d. elektron oraz dziura e.

Chłodnictwo. Chłodziarka spręŝ. ęŝarkowa gazowa ęŝarkowa parowa Czynniki chłodnicze Chłodziarka termoelektryczna Skraplanie gazów W14 120

Czym jest prąd elektryczny

Q t lub precyzyjniej w postaci różniczkowej. dq dt Jednostką natężenia prądu jest amper oznaczany przez A.

TECHNIKI NISKOTEMPERATUROWE W MEDYCYNIE

BADANIA EKSPERYMENTALNE HYBRYDOWEGO UKŁADU PV-TEG

Termoelektryczne urządzenia chłodnicze

Model elektronów swobodnych w metalu

Wyznaczanie współczynnika efektywności pompy ciepła Peltiera

Prąd elektryczny - przepływ ładunku

Ciała stałe. Literatura: Halliday, Resnick, Walker, t. 5, rozdz. 42 Orear, t. 2, rozdz. 28 Young, Friedman, rozdz

MINI LODÓWKA NA BAZIE OGNIW PELTIERA

Elektryczne własności ciał stałych

Przewodność elektryczna ciał stałych. Elektryczne własności ciał stałych Izolatory, metale i półprzewodniki

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

EFEKTY TERMOELEKTRYCZNE W CIAŁACH STAŁYCH

Podstawy elektrotechniki V1. Na potrzeby wykładu z Projektowania systemów pomiarowych

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

III. TRANZYSTOR BIPOLARNY

Natężenie prądu elektrycznego

i elementy z półprzewodników homogenicznych część II

Badanie zjawiska Seebecka i zastosowanie modułu termoelektrycznego do przetwarzania energii cieplnej na elektryczną

SKALOWANIE TERMOPARY I WYZNACZANIE TEMPERATURY KRZEPNIĘCIA STOPU

Cechowanie termopary i termistora

Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny

Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE

Badanie charakterystyki diody

Pole przepływowe prądu stałego

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

Półprzewodniki. złącza p n oraz m s

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

Rozszczepienie poziomów atomowych

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

TEORIA TRANZYSTORÓW MOS. Charakterystyki statyczne

Zjawiska zachodzące w półprzewodnikach Przewodniki samoistne i niesamoistne

Skończona studnia potencjału

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

MODUŁ PELTIERA. Materiały do ćwiczenia laboratoryjnego: Charakterystyki statyczne (trochę przerobiony materiał popularno-naukowy) Podstawy teoretyczne

T-1 Pompa cieplna Peltiera. Zakres materiału. Cel ćwiczenia - zadania do wykonania. Wprowadzenie teoretyczne

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Różne dziwne przewodniki

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

Dr inż. Bogusław Ferens Katedra Teorii Maszyn Cieplnych. Politechniki Warszawskiej

Fizyka statystyczna Termodynamika bliskiej nierównowagi. P. F. Góra

Wykład FIZYKA II. 2. Prąd elektryczny. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

Zadanie 106 a, c WYZNACZANIE PRZEWODNICTWA WŁAŚCIWEGO I STAŁEJ HALLA DLA PÓŁPRZEWODNIKÓW. WYZNACZANIE RUCHLIWOŚCI I KONCENTRACJI NOŚNIKÓW.

1 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

WYZNACZANIE STAŁEJ PLANCKA Z POMIARU CHARAKTERYSTYK PRĄDOWO-NAPIĘCIOWYCH DIOD ELEKTROLUMINESCENCYJNYCH. Irena Jankowska-Sumara, Magdalena Krupska

Elektryczne własności ciał stałych

STAŁY PRĄD ELEKTRYCZNY

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

Termodynamika Część 7 Trzecia zasada termodynamiki Metody otrzymywania niskich temperatur Zjawisko Joule'a Thomsona Chłodzenie magnetyczne

Lekcja 25. Termoelektryczność

Prawo Ohma. qnv. E ρ U I R U>0V. v u E +

Układ pomiaru temperatury termoelementem typu K o dużej szybkości. Paweł Kowalczyk Michał Kotwica

Materiały pomocnicze 10 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Ciepłe + Zimne = przepływ ładunków

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Repeta z wykładu nr 6. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Metal-półprzewodnik

Elektryczność i Magnetyzm

ELEKTRONIKA ELM001551W

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

STRUKTURA PASM ENERGETYCZNYCH

Fizyka współczesna. Zmienne pole magnetyczne a prąd. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Powstawanie prądu w wyniku zmian pola magnetycznego

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 121: Termometr oporowy i termopara

IA. Fotodioda. Cel ćwiczenia: Pomiar charakterystyk prądowo - napięciowych fotodiody.

Prądy wirowe (ang. eddy currents)

Elektryczność i Magnetyzm

Prądem elektrycznym nazywamy uporządkowany ruch cząsteczek naładowanych.

Wykład V Złącze P-N 1

Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski

Cwiczenie nr 5. Badania i zastosowania zjawisk termoelektrycznych:

Ćwiczenie 133. Element Peltiera

Automatyka i pomiary wielkości fizykochemicznych. Instrukcja do ćwiczenia II. Wyznaczanie charakterystyk statycznych czujników temperatury

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE. Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Chemii Nieorganicznej

Zestaw 1cR. Dane: t = 6 s czas spadania ciała, g = 10 m/s 2 przyspieszenie ziemskie. Szukane: H wysokość, z której rzucono ciało poziomo, Rozwiązanie

Przerwa energetyczna w germanie

Ćwiczenie 5 BADANIE ZALEŻNOŚCI PRZEWODNICTWA ELEKTRYCZNEGO PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY 1.WIADOMOŚCI OGÓLNE

2.1 Cechowanie termopary i termistora(c1)

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

ZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO 57 METALU I PÓŁPRZEWODNIKA OD TEMPERATURY

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Pracownia fizyczna i elektroniczna. Wykład marca Krzysztof Korona

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

Fotodetektory. Fotodetektor to przyrząd, który mierzy strumień fotonów bądź moc optyczną przetwarzając energię fotonów na inny użyteczny sygnał

Wykład 8. Reinhard Kulessa 1

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Transkrypt:

34 Zjawisko Peltiera

polega na tym, że w obwodzie składającym się z różnych przewodników lub półprzewodników wytworzenie różnicy temperatur między złączami wywołuje przepływ prądu spowodowany różnicą potencjałów między złączami. Zjawisko występuje wówczas, gdy przewodniki lub półprzewodniki różnią koncentracja nośników prądu.

Koncentracja nośników prądu jest to ilość nośników prądu przypadająca na jednostkę objętości materiału i może być określona jako gęstość nośników prądu. Różnica koncentracji nośników prądu na złączu dwóch przewodników lub półprzewodników wywołuje różnicę potencjałów nazywaną napięciem termoelektrycznym.

Ilość nośników prądu i ich koncentracja w przewodniku lub półprzewodniku zależy od temperatury. Jeśli temperatura obu złączy dwóch przewodników lub półprzewodników jest taka sama, to napięcie termoelektryczne na obu złączach także jest takie samo.

Jeśli temperatury złączy będą różne to różnica napięć termoelektrycznych między złączami wywoła przepływ prądu. Różnica napięć termoelektrycznych między złączami zależy od własności przewodników lub półprzewodników tworzących złącze (różnica koncentracji nośników prądu na złączu) i różnicy temperatur między złączami.

Współczynnik siły termoelektrycznej α przyjmuje wartości dla złącza: - metal-metal 1-5 [V/K] - półprzewodnik-półprzewodnik 1-3 [V/K] U ) 1, 1 α α ( 1,

Zjawisko Peltiera (Seebecka) jest zjawiskiem odwrotnym do zjawiska termoelektrycznego. Przepływ prądu w obwodzie złożonym z różnych przewodników lub półprzewodników wywołuje przepływ ciepła z jednego złącza do drugiego złącza. W wyniku przepływu prądu temperatura jednego złącza się obniża, a temperatura drugiego złącza się podnosi.

+q R / +q λ -q p +q R / -q λ +q p N q q g P g

Moc cieplna pobierana ze złącza zimnego od współczynnika siły termoelektrycznej złącza, natężenia prądu płynącego przez złącze i temperatury złącza q p α i

Różnica temperatur między złączami wywołuje przewodzenie ciepła ze złącza gorącego do złącza zimnego. Moc cieplna przewodzenia ciepła zależy od różnicy temperatur, powierzchni wymiany ciepła (S), długości przewodzenia ciepła (l) i współczynnika przewodzenia ciepła (λ) q λ λ S l ( ) g

Przepływ prądu przez złącza wydziela ciepło związane z oporem elektrycznym złączy. Przyjmując równe opory elektryczne złącza gorącego i zimnego moc cieplna wydzielona na złączu zimnym wyniesie q R 1 i R

q q q α p q λ i q R λ S l ( ) 1 i R g

Maksymalna różnica temperatur między złączami wystąpi wówczas, gdy moc cieplna użyteczna będzie równa zero (q ) max α i λ 1 S l i R

Optymalne natężenie prądu, przy którym można osiągnąć maksymalną różnicę temperatur wynosi i opt α R

w14 max max 1 1 R l S l S R R R λ α λ α α α

Opór elementu zależy od oporu właściwego i jego wymiarów R ρ l S σ l S

w14 Ω K A V m K m V A K V m K W m K V Z S l l S R l S Z 1 1 λ σ α σ λ α λ α Własności termoelektryczne opisuje współczynnik dobroci termoelektrycznej Z

w14 max max max 1 1 1 Z l S l S λ σ α σ λ α

Współczynnik dobroci termoelektrycznej Z nie ma wartości stałej dla danego materiału i zależy od temperatury. Najczęściej jest przedstawiany w bezwymiarowej postaci Z.

α σ ασ λ izolator przewodnik 11 19 [cm -3 ] n półprzewodnik przewodnictwo elektronowe przewodnictwo cieplne

Najlepsze własności termoelektryczne maja półprzewodniki. Dla temperatury rzędu 3 [K] najlepsze własności termoelektryczne ma domieszkowany tellurek bizmutu Bi e 3.

Wartość bezwymiarowego Z dla tellurku bizmutu równa jest jedności. ellurek bizmutu jest stosowany w temperaturach -1 [ C] do 13 [ C] przy różnicy temperatur nie przekraczającej 7 [deg]. Maksymalna temperatura stosowania tellurku bizmutu wynosi 47[ C].

Współczynnik wydajności chłodniczej chłodziarki termoelektrycznej jest stosunkiem mocy cieplnej użytecznej do mocy elektrycznej pobranej ε q N e

Pobierana moc elektryczna jest zużywana na zrównoważenie siły termoelektrycznej i opór cieplny N N e e N + q t R ( ) α i + i R g

w14 Współczynnik wydajności cieplnej chłodziarki termoelektrycznej wynosi ( ) ( ) R i i R i l S i g g + 1 α λ α ε

Współczynnik wydajności chłodniczej osiąga wartość maksymalna dla natężenia prądu i ef sr α R g + 1 + Z 1 sr 1

Maksymalna wartość współczynnika wydajności cieplnej wynosi ε max g 1 + Z sr g 1 + Z sr + 1

Układy termoelektryczne osiągają wydajności rzędu 3 [%] układów sprężarkowo-parowych. Warunkiem dorównania wydajności osiąganej przez układy sprężarkowoparowe jest zwiększenie współczynnika Z do wartości 3 4.